再見彩雲

生活科學趣談

清晨推開窗門,映入眼簾的景象是一片薄雲

果然再度巧遇美麗的彩雲(Cloud iridescence

先來認識一下「瑞利散射」與「米式散射」。瑞利散射適用於尺寸遠小於光波長的微小顆粒,散射光強度與入射光波長的四次方成反比。由於空氣分子會發生瑞利散射,波長越短的色光散射程度越明顯,藍紫光被散射較多,因此天空呈現藍色

至於米氏散射則是在粒徑等於或大於光波長時所發生,因此大小約數十微米的灰塵或是雲霧水滴是產生米氏散射。由於米氏散射之散射光強度與入射光波長無關,所有色光無差別的被散射,這也是白雲或是牛奶之所以呈現白色的原因。

回來看彩雲形成的機制,當積雨雲向上發展時,會將其上方的空氣往上越推越高。由於高空處的氣壓低,因此這一團被向上推的空氣就會膨脹,基於絕熱膨脹會導致冷卻效應,這時空氣中的水氣就會凝結成微小的液滴。因為剛凝結的水滴粒徑很小,隨著團簇現象有越來越多的水在其上凝結(或凝固),造成液滴(或冰晶)變得越來越大。所以其散射的特性就會從瑞利散射往米式散射的方向發展,於是在過渡階段就會依粒徑的變化而散射出不同的色光

而這也是彩雲常見於新生的薄雲或雲層邊緣的原因

或者是為何總是發生在距離噴射機尾端較近區域的緣故,因為遠處的水滴或冰晶的粒徑太大,那裏已經是屬於米氏散射的範圍了

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